地源热源工作原理

. 工作原理——地源热泵工作原理——地源热泵 1 1 地源热泵工作原理地源热泵工作原理 地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进 行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时 地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷 源”。 地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调 末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空 气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热 介质可以是水或空气。 2 2 地源热泵技术路线地源热泵技术路线 地源热泵技术路线有以下两种：土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术 土--气型地源热泵技术以美国的技术为代表，水--水地源热泵技术以北欧的技术为代表。 二者的差别是：前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布置于各个房间的地源 热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。后者是从地下水中取热或向其排热，经过 热泵机组转换成热水或冷水， 然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间 供暖或制冷。由于美国的土--气型地源热泵技术，可以不用地下水，采用埋设垂直管、水平管 或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制， 推广的范围更大、更灵活。 -. . 3 3 地源分类地源分类 地源按照室外换热方式不同可分为三类：(1)土壤埋管系统，(2)地下水系统，(3)地表水 系统。 根据循环水是否为密闭系统， 地源又可分为闭环和开环系统。 闭环系统如埋盘管方式 （垂 直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。 此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接 将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。 4 4 地源热泵系统的形式地源热泵系统的形式 土-气型地源热泵系统按照室外换热方式不同分，主要有三类形式： 1、 地耦管系统 该方案只需在建筑物的周边空地、道路或停车场打一些地耦管孔，室外水系统注满水后形 成一个封闭的水循环，利用水的循环和地下土壤换热，将能量在空调室内和地下土壤之间进行 转换。故该方案不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何 -. . 影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。 2、 地下水系统 项目附近如果有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用开式地表水 （直接抽取） 换热方式， 即直接抽取地表水， 将其通过板式换热器与室内水循环进行隔离换热， 可以避免对地表水的污染。此种换热方式可以节省打井的施工费用，室外工程造价较低。 3、 地表水系统 项目附近如果有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用抛放地耦管 换热方式，即将盘管放入河水（或湖水）中，盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。该方 案不会影响热泵机组的正常使用；另一方面也保证了河水（湖水）的水质不受到任何影响，而 且可以大大降低室外换热系统的施工费用。 地源热泵工作原理 土壤热交换器地源热泵是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常称之为“闭路地源热泵”， 以区别于地下水热泵系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封 闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。地下耦合热泵系统在结构上的特点是有一个由地下埋 管组成的地热换热器(geothermal heat exchanger, 或 ground heat exchanger)。 地热换热器的设置形式主要有 水平埋管和垂直埋管两种。水平埋管形式是在地面开 1～2 米深的沟，每个沟中埋设 2、4 或 6 根塑料管。 垂直埋管的形式是在地层中钻直径为 0.1～0.15 m 的钻孔，在钻孔中设置 1 组（2 根）或 2 组（4 根）U 型 管并用灌井材料填实。钻孔的深度通常为 40～200m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性 因素。竖直埋管的地热换热器可以比水平埋管节省很多土地面积，因此更适合中国地少人多的国情。管沟 -. . 或竖井中的热交换器成并联连接，再通过集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。在液体温度较低时， 系统中需加入防冻液，北方地区应用时应特别注意。 地源热泵的工作原理及技术经济性分析 要：要：地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的 既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能）， 实现低温位热能向高温位转移。 本文主要介绍了地源热泵国内外发展近况、 特点、工作原理 与分类、应用方式、技术经济性等。一、什么是地源热泵一、什么是地源热泵 地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等） 的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。 地源热泵通过输入少量的高品位能源 （如电能） ， 实现低温位热能向高温位转移。 地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源， 即 在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取 出来，释放到地能中去。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全 部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里 昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。 通常地源热泵消耗 1kW 的能量，用户可以得到5kW 以上的热量或 4kW 以上冷量，所 以我们将其称为节能型空调系统。 与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或 70～90％的 燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能， 比 燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～ 25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右， 其运行费用为普通中央空调的50～60％ 。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热 泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地 源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21 世纪最有效的供热和供冷空调技 术。 二、地源热泵国内外发展近况 地源热泵的历史可以追朔到1912 年瑞士的一个专利， 欧洲第一台热泵机组是在1938 年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60℃。在冬季采用 热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973 年能源危机的推动，使热泵的发展形成了 一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备 在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。如美国，截止 1985 年全国共有 14,000 台地 源热泵，而 1997 年就安装了 45,000 台，到目前为止已安装了400，000 台，而且每年 以 10％的速度稳步增长。 1998 年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总